rencontre du non-linéaire 2021 1
Pincement de suspensions visco-elastiques
Virgile Thiévenaz & Alban Sauret
University of California, Santa Barbara, 93106, CA, USA virgile@vthievenaz.fr
Lorsqu'une goutte se détache d'un capillaire, le pont capillaire qui relit la goutte au solide s'ane jusqu'à la rupture, qui représente une singularité à temps ni. La largeur du pont décroit alors selon une dynamique auto-similaire [?]. En présence d'une faible quantité de polymères en solution, cette singularité disparaît. Au lieu de rompre, le pont capillaire s'étire en un lament dont l'épaisseur décroit exponen- tiellement dans le temps. Ce phénomène est caractéristique de la nature visco-élastique des solutions de polymères [?]. Au contraire, l'ajout de particules solides en suspension dans le liquide newtonien facilite la rupture en accélérant l'amincissement [?]. Cette facilitation de la rupture par la présence de particules solides s'observe de manière générale dans la fragmentation de gouttes de suspension [?].
Nous avons étudié l'eet de la présence de particules solides sur le pincement de solutions peu vis- queuses de polyoxyéthylène (PEO). Dans le régime newtonien, la suspension visco-élastique se comporte comme un liquide équivalent dont la viscosité est donnée par la fraction massique en particules. En re- vanche, dans le régime visco-élastique, le lament suit une dynamique similaire à celle du seul uide interstitiel. L'eet des particules y est contrôlé par leur taille, qui leur permet ou non d'être présentes dans le lament étiré. Au voisinage de la transition entre ces deux régimes nous montrons que le taux de déformationε˙ de la suspension suit une dynamique auto-similaire, dépendant seulement de sa valeur critique ε˙c. En estimant la relation entre la taux de déformation global de la suspension et le taux de déformation local de la phase liquide, nous montrons que la présence de particules favorise l'étirement des chaînes de polymères en ampliant les contraintes visqueuses dans le liquide. Au-delà de son application à la fragmentation de uides complexes, tels les encres d'imprimante ou les uides biologiques, cette étude ore une nouvelle méthode de mesure des contraintes visqueuses dans la phase liquide des suspensions denses.
h(t)
1 mm
(a) (b) (c)
Figure 1. Pincement (a) d'une solution de PEO seule, (b) chargée de particules de 20µm et (c) de 140µm au voisinage de la transition entre le régime newtonien et le régime visco-élastique.
Références
1. J. Eggers, Phys. Rev. Lett., 71, 3458 (1993)
2. Y. Amarouchene et al., Phys. Rev. Lett., 86, 163558 (2001) 3. A. Lindner et al., Europhysics Letters, 110, 64002 (2015) 4. P. Raux et al., Phys. Rev. Fluids, 5, 044004 (2020)
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